实验一(单容水箱对象特性测试实验)实验报告电子版2014

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1、电子科技大学中山学院学生实验报告系别：机电工程学院专业：自动化课程名称：过程控制与自动化仪表班级：自动化姓名：学号：组别：组实验名称：1.单容水箱对象特性的测试实验实验时间：2014-10-成绩：教师签名：批改时间：2014-11-一、实验目的1、了解单容水箱的自衡特性。2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。3、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置：GK-02GK-03GK-04GK-072、万用表一只3、计算机及上位机软件三

2、、实验原理阶跃响应测试法是被控对象在运行状况下，待工况稳定后，通过调节器改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的和，然后根据给定对象模型的，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。单容水箱的数学模型可用环节来近似描述，且用下述方法求取对象的特征参数。单容水箱液位开环控制结构图如图2-1所示：图2-1、单容水箱液位开环控制结构图根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：式中，T=R2*C为水箱的时间常数，K=R2为过程的放大倍数，也是阀V2的液阻，C注：实验报告应包括

3、：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。为水箱的底面积。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：2-22-32-4式（2-3）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。由式（2-4）可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，此切线与稳态值的交点所对应的时间就是时间常数T。图2-2阶跃响应曲线其理论依据是：上式表示h（t）若以在原点时速度h（∞）/T

4、恒速变化，即只要花T时间就可达到稳态值h（∞）。式（2-2）中的K值由下式求取：K=h(∞)/R0=输入稳态值/阶跃输入四、实验内容与步骤1、按仪器调试要求和步骤，对上、下水箱液位传感器进行与的调整。2、按照图2-1的结构框图，完成系统的接线（接线参照实验1），并把PID调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于状态。3、将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”相连；用配套RS232通讯线将GK-03的“串行通信口”与计算机的CO

5、M1连接；打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。4、利用PID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm左右。5、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，记录此时调节器手动输出值Vo以及水箱水位的高度h1和显示仪表LT1的读数值并填入下表。变频器输出频率f手动输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值Hzvcmcm注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。6、迅速增调“手动调

6、节”电位器，使PID的输出突加5%，利用上位机监控软件记下由此引起的阶跃响应的过程曲线，并根据所得曲线填写下表。t（s）水箱水位h1(cm)LT1读数(cm)等到进入新的平衡状态后，再记录测量数据，并填入下表：变频器输出频率fPID输出Vo水箱水位高度h1LT1显示值HZvcmcm7、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表：t（s）水箱水位h1(cm)LT1读数(cm)8、重复上述实验步骤。五、注意事项1、做本实验过程中，阀V1和V2不得任

7、意改变开度大小；2、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。3、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态六、实验报告要求1、作出一阶环节的阶跃响应曲线。注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。2、根据实验原理中所述的方法，求出被测一阶环节的相关参数K和T。七、实验小结：注：实验报告应包括：实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、实验步骤、实验数据处理及结果分析等。